Rendement des détecteurs des rayonnements ionisants.

[invite4eb53ac9]

Bonsoir,

Dans mon cours de biophysique, il m'est dit que le rendement d'un
détecteur a pour formule:

ε=N/No.


Avec:
N:nombre de photons/particules détectés par l'anode du détecteur.
No:nombre de photons/particules reçus par la fenêtre du détecteur.

Comme le rendement ne doit pas dépasser 1, cela reviendrait à dire
que N<No.
Or dans le cas d'un détecteur à scintilliations, il se trouve que le
nombre d'électrons détectés par l'anode est plus important que celui
des électrons provenant du rayonnement incident étant donné qu'un
électron primaire va arracher en son chemin une demi-douzaine
d'électrons à chaque dynode. D'où au final, N>No et ... ε>1?!

C'est contradictoire mais je n'arrive pas à situer mon erreur.
Voilà, si quelqu'un pourrait m'indiquer où est-ce que je me suis gouré.

Merci d'avance!
-----

[david_champo]

Bonsoir,

Pour moi, le rendement, c'est le rapport du nombre de photons qui vont déclencher une réaction sur le nombre de photons qui arrivent sur le détecteur. Le rendement ne doit pas dépasser 1. En revanche, c'est le gain qui mesure "l'amplification du signal".

[david_champo]

Re,

Est ce que la formule n'est pas plutôt :



Parce qu'en plus, l'anode reçoit des électrons... et pas des photons il me semble.

[invite4eb53ac9]

Bonsoir,

Dans le cas du détecteur à scintillations, les seules réactions possibles
sont celles des électrons (primaires) provenant de la transformation
par EPE des photons lumineux du cristal avec les dynodes du tube
photo-multiplicateur. La cathode n'intervient donc pas à ce qu'il me
semble. (Vous faîtes peut-être allusion aux compteurs à gaz?)

Je m'intéresse plutôt aux électrons collectés par l'anode de l'autre
côté du tube, dont le nombre est largement plus grand que celui des
électrons primaires puisque chacun va arracher 6 électrons des
atomes constituants le dynode. Ces mêmes électrons vont à leur tour
heurter d'autres dynodes, d'où excitations et émission de plusieurs
électrons et ainsi de suite...
Au final, on aura bien un nombre d'électrons N>No.
Et donc un rapport ε>1!
Alors que normalement, il doit être bien inférieur à 1.
Je voudrais donc savoir en quoi me suis-je trompé...

[A voir en vidéo sur Futura]

[david_champo]

Bonsoir,

Justement, il me semble que le transducteur qui transforme le signal lumineux en signal électrique est le quartz. Le photo-multiplicateur ne sert qu'à l'amplification. Donc le rendement c'est bien le nombre d'électrons extraient du quartz par rapport au flux de photons incidents sur la lame de quartz... et dans ce cas il est bien inférieur à 1.

[invite4eb53ac9]

Mon dieu que je suis bête!
Ça ne peut être que ça en fait!
C'est la photo-cathode qui joue le rôle de détecteur et non l'anode du
photo multiplicateur, qui ne sert qu'à amplifier l'impulsion électrique.
Merci David! Vous m'enlevez une grosse épine du pied.

Mais pour les compteurs à gaz, c'est bien l'anode qui effectue la tâche
de détecter les électrons issus de l'ionisation du gaz par les rayons incidents?

[david_champo]

Bonsoir,

Mais pour les compteurs à gaz, c'est bien l'anode qui effectue la tâche
de détecter les électrons issus de l'ionisation du gaz par les rayons incidents?

Sur ce que j'ai pu lire sur les sites internet. En effet, il semblerait que c'est l'anode. Mais vu que je trouve le fonctionnement très mal expliqué, je ne m'avancerais pas trop sur le sujet tant que j'aurais pas pu accéder à des bouquins plus spécialisés. A priori, le signal est ici une tension plutôt qu'une charge et la population des ions contribuent à créer cette charge également bien que leur vitesse de déplacement soit moindre que celui des électrons. Je sais pas si je m'exprime clairement. En fait, je sais pas si on peut résumer le signal ici à des électrons qui arrivent sur l'anode mais si c'est le cas alors la réponse est oui de toute évidence.

Je sais que je vous aide pas mais je préfère ne pas vous induire en erreur.

[KLOUG]

Bonsoir
Venez donc voir les cours sur le site internet que je co anime.
Vous trouverez pas mal de choses dans les diaporamas techniques dans documents techniques :
www.rpcirkus.com
KLOUG

[LPFR]

Bonjour.
Les détecteurs à photomultiplicateur fonctionnent de la manière suivante.
Le rayonnement crée dans un morceau de matériau transparent (cristal de NaI dopé au thallium, plastique, ou autre) des photons. Ces photons arrivent sur la photocathode du photomultiplicateur. Cette cathode est une couche semi-transparente de césium (donc un certain nombre de photons la traversent et sont perdus). Le photons arrachent de électrons de la photocathode par effet photoélectrique. Ces électrons sont accélérées vers la première dynode où ils arrivent avec la bonne énergie (~200eV) et le bon angle pour faciliter l'émission secondaire. Ils arrachent de 2 à 4 électrons qui sont, à leur tour, accélérées vers la dynode suivante. Au bout de 10 à 14 dynodes, le nombre d'électrons à été multiplié par (2 à 4)^(10~14) et sont dirigés vers l'anode. L'impulsion de courant est suffisante pour être détectée par l'électronique qui suit.
Au revoir.

[david_champo]

Bonjour,

Bonjour.
Les détecteurs à photomultiplicateur fonctionnent de la manière suivante.
Le rayonnement crée dans un morceau de matériau transparent (cristal de NaI dopé au thallium, plastique, ou autre) des photons. Ces photons arrivent sur la photocathode du photomultiplicateur. Cette cathode est une couche semi-transparente de césium (donc un certain nombre de photons la traversent et sont perdus). Le photons arrachent de électrons de la photocathode par effet photoélectrique. Ces électrons sont accélérées vers la première dynode où ils arrivent avec la bonne énergie (~200eV) et le bon angle pour faciliter l'émission secondaire. Ils arrachent de 2 à 4 électrons qui sont, à leur tour, accélérées vers la dynode suivante. Au bout de 10 à 14 dynodes, le nombre d'électrons à été multiplié par (2 à 4)^(10~14) et sont dirigés vers l'anode. L'impulsion de courant est suffisante pour être détectée par l'électronique qui suit.
Au revoir.

En fait, c'était plutôt le fonctionnement des détecteurs à gaz qui nous intéressait ici.

On retrouve des bribes d'explications ici et là mais rien de vraiment satisfaisant... Et je n'ai pas le Michel Hubin ou un livre sur les détecteurs RX... sous la main.

[LPFR]

Bonjour.

En fait, c'était plutôt le fonctionnement des détecteurs à gaz qui nous intéressait ici.
...

Je ne le pense pas:

...


Comme le rendement ne doit pas dépasser 1, cela reviendrait à dire
que N<No.
Or dans le cas d'un détecteur à scintilliations, il se trouve que le
nombre d'électrons détectés par l'anode est plus important que celui
des électrons provenant du rayonnement incident étant donné qu'un
électron primaire va arracher en son chemin une demi-douzaine
d'électrons à chaque dynode. D'où au final, N>No et ... ε>1?!
...

Mais qu'à cela ne tienne.
Vous avez deux types de détecteur à gaz: le détecteur Geiger-Müller et le détecteur proportionnel.
Dans le premier la particule entrante ionise le gaz et le champ électrique intense fait qu'une avalanche se crée ce qui décharge totalement le condensateur formé par le cylindre externe (négatif) et l'anode axial. Le signal est toujours le même, indépendant de l'énergie de la particule.
Dans le détecteur proportionnel, la tension utilisée est telle que l'avalanche n'est pas complète et ne décharge pas le dispositif. Le nombre d'électrons et ions crée reste proportionnel à l'énergie de la particule entrante.
A+

[david_champo]

Bonjour,

Vous avez deux types de détecteur à gaz: le détecteur Geiger-Müller et le détecteur proportionnel.
Dans le premier la particule entrante ionise le gaz et le champ électrique intense fait qu'une avalanche se crée ce qui décharge totalement le condensateur formé par le cylindre externe (négatif) et l'anode axial. Le signal est toujours le même, indépendant de l'énergie de la particule.
Dans le détecteur proportionnel, la tension utilisée est telle que l'avalanche n'est pas complète et ne décharge pas le dispositif. Le nombre d'électrons et ions crée reste proportionnel à l'énergie de la particule entrante.

A quoi correspond le rendement dans les deux cas ?

[LPFR]

Re.
Pour le cas du compteur Geiger, c'est la même définition: (nombre de particules détectées)/(nombre de particules entrantes).
Pour le compteur proportionnel c'est un peu plus gênant, car il faudrait, en plus, tenir compte de ce que certaines particules ne donnent qu'une fraction du signal qu'elles devraient donner. Par exemple si elles ne frôlent la chambre que partiellement. Mais on a probablement la même situation pour un détecteur à scintillation (qui est aussi proportionnel).
Il faudrait voie si on trouve une définition plus adaptée dans le site de KLOUG (que je salue).
A+

[david_champo]

Bonjour,

Pour le compteur proportionnel c'est un peu plus gênant, car il faudrait, en plus, tenir compte de ce que certaines particules ne donnent qu'une fraction du signal qu'elles devraient donner.

J'en était arrivé à la même conclusion . Sur cette technique, il est difficile de définir le rendement en fonction d'un nombre de particules .

[david_champo]

Bonsoir,

Je reviens sur ce fil parce que j'ai pris le temps de regarder quelques fiches techniques de photomultiplicateurs et en fait on retrouve toujours le gain et la sensibilité mais jamais le rendement. Je pense que c'est une grandeur qui n'a pas de sens pour ce type de détecteur.

A +

[LPFR]

Bonjour.
Je pense que le rendement a un sens. Au moins autant que pour un compteur Geiger.
Mais ce n'est peut-être pas très commercial comme argument de vente.
Au revoir.

[calculair]

Bonjour

Il ne faut pas confondre rendementde detection et facteur de multiplication.

Le rendement des photo cathodes des PM est assez faible.

La probabilite qu'un photon cree l'emission d'un electron est bien inferieure à 50 %.

Ce rendement faible est la principale source de bruit d'un PM .

[LPFR]

Bonjour Calculair.
Je suis bien d'accord avec vous.
On peut déduire le rendement à partir des courbes du constructeur.
Pour cet exemple, à la louche, il doit tourner autour de 10^-5
Cordialement.

[calculair]

Bonjour LPFR,

Pour moi le rendement du dtecteur est le "Quantum Efficiency" à 600nm pour 100 photons traversant la photocathode 10 seront detectés en moyenne.

Donc si on suppose un flux de photons de moyenne constante, mais repondant a une loi de Poisson
Par exemple 100 photons seconde
tu en détectes en moyenne 10
L'ecart type est racine de 10 soit environ 3,2

le rapport signal à bruit de ta detection sera de l'ordre

Puissance Signal / puissance de bruit = 10² /3,2^² = 10 soit 10 dB

Ici je ne tient pas compte des fluctuation du facteur de multilplication, qui est assimilable à un facteur de bruit pour les amplis

Tu vois bien l'importance de rendement quantique car si on avait a faire à des photons à 400nm ( rendement quantique 20 % environ)

le S/B serait pour le meme flux de photons ( 100 par seconde)

S/B = 20^²/ 20 = 20 soit 13 dB

Remarque:le temps d'integration de la mesure est la seconde ici

si tu avais pris un rayonnement à à 800 nm le rendement quantique est de 0,56 le S/B serait au mieux de 0,5 soit - 3 dB!!!

D'ou l'importance du rendement de detection pour faire des mesures

Et les mesures infrarouges avec des Pm sont super délicates

[david_champo]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.
Donc en fait, le rendement est ce qu'on appel le rendement quantique ?
Il est bien spécifique à chaque longueur d'onde ?

[david_champo]

Re-bonjour,

Je retire ma question stupide .

A +

[LPFR]

Bonjour LPFR,

Pour moi le rendement du dtecteur est le "Quantum Efficiency" à 600nm pour 100 photons traversant la photocathode 10 seront detectés en moyenne.
...

Re.
Oui. Vous avez raison. J'ai mal lu, et je l'ai attribué au courant de sortie.
D'où ma division par le gain.
Cordialement,